汎用工学シミュレーションソフトウェア COMSOL Multiphysics / COMSOL Server
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アニメーションギャラリー

カンチレバービーム

cantilever_beam.gif
静電場による3Dビーム変形の非定常解析です。移動メッシュ(ALE)を用いた静電場−構造強連成です。

櫛歯ドライブ

comb_drive.gif
静電場によって櫛歯が移動します。静電場は移動メッシュ(ALE)を用いて櫛歯とビームの周囲の空間で求められます。静電場−構造連成です。

櫛歯ドライブ

peristaltic_pump_velocity.avi
peristaltic_pump_stress.avi
ペリスタルティックポンプはチューブをローラーにより押し出すことで試薬を送液します。この過程をCOMSOL Multiphysicsモジュールを用いて構造−流体一方向連成で計算しています。流体(左)から構造(右)へのフィードバックは設定していません。

流体−構造強連成

fsi.avi
構造力学モジュールを用いた流体−構造強連成シミュレーションです。構造力学モジュールの既定の組み合わせFluid-Structural Interaction(FSI)を使用すると非常に簡単にモデリングができます。

2相流流体−構造強連成

fsi_twophase_2d.gif
fsi_twophase_3d.gif
MEMSモジュールを用いた2相流流体−構造強連成シミュレーションです。フェーズフィールド法2相流アプリケーションモードを使用しています。

音響構造連成

acoustic_structure.avi
COMSOL Multiphysicsモジュールを用いて流体音響現象と構造との連成問題をシミュレートしたものです。

移動境界

ale_free_surface.avi
ale_prescribed.avi
自由表面をシミュレートしています。自由移動境界(上)では圧力が流体の深さに依存するように見えます。

スロッシングタンク

sloshing_tank1.avi
sloshing_tank2.avi
タンクを加振したときの内部の液体の挙動をCOMSOL Multiphysicsモジュールの移動メッシュ(ALE)を用いてシミュレートしています。

レーザー加熱

heating_with_moving_laser.avi
精密加熱や精密溶接にはレーザーが不可欠です。レーザー熱源のモデリングが難しい理由にはビームが非常に細いということ、そしてある侵入長(penetration length)をもっているということが上げられます。このモデルでは環状に移動する無限小幅のレーザービームをCOMSOL Multiphysicsの線熱源として捉え、3次元−1次元連成の熱伝導シミュレーションを行っています。

気泡の上昇

rising_bubble2D.gif
rising_bubble3D.gif
質量保存性を保持したレベルセット法で液体金属中を上昇する気泡のシミュレーション(2相流)を取り扱っています。流れと拡散の連成です。

インクジェット

inkjet2D.gif
inkjet3D.gif
2相流フェーズフィールド法でインクジェットを取り扱っています。

液滴生成

droplet_breakup2D.gif
droplet_breakup3D.gif
化学工学モジュールの2相流フェーズフィールド法で液滴が生成される過程を シミュレートしています。

Oscillating Droplet

oscillating_droplet.avi
液相焼結(liquid phase sintering)における空気中のコバルト液滴が表面張力で振動する様子を2相流レベルセット法でシミュレートしています。

毛細管現象

capillary_filling.avi
2相流アプリケーションモードによる毛細管現象のシミュレーションです。

沸騰流

boiling_flow.gif
化学工学モジュールの2相流と伝熱のアプリケーションモードを使用して行ったシミュレーションです。

スクイーズフィルムダンピング

squeezed_filmdamping.avi
Film Dampingアプリケーションモードを用いた加速度センサにおけるスクイーズフィルムダンピング(squeezed film damping)と機械変位の連成シミュレーションです。

超伝導ワイヤ

superconductive_wire.avi
PDE(偏微分方程式)モードを使って材料をモデル化し超伝導現象をシミュレートしています。モデルは断面で電流が臨界電流密度を超える電流レベルまで増加します。

電信方程式

telegraph_equation.mpeg
電信線上の電圧パルスをCOMSOL MultiphysicsモジュールのPDE(偏微分方程式)モードを使って解いています。

水面波動伝播

shallow.mpeg
容器内の静かな水面上に水滴が落ちた時の波動の伝播をシミュレートしています。

穴あき平板

elastoplastic_plate.avi
弾塑性材穴あき平板の両端にひっぱり荷重を加えた際の挙動を1/4モデルで解析しています。荷重はパラメトリックに与え負荷−除荷の過程を計算しています。

ピストン

piston.avi
ピストンの軸対称モデルによる過渡的熱応力問題です。燃焼ガスがピストン内で熱応力を誘発します。この非線形問題ではヤング率が温度依存性を持っています。

機械部品

component.avi
時間依存荷重を与える過渡応答問題です。レーリー減衰を設定しています。

追従荷重

follower_loads.gif
真っ直ぐなビームが大変形し、最終的にリング状になるまでの過程をシミュレートしています。追従荷重が作用しています。矢印は境界の法線ベクトルです。

ドアシール

hyperelastic_seal.avi
ソフトラバー(超弾性材)の自動車用ドアシールを想定した追従荷重下の大変形問題です。上部から円筒面に押されて変形してゆく様子を混合法を用いてシミュレートしています。

スナップホック

snaphook.gif
構造力学モジュールを使ったスナップホックの大変形接触シミュレーションで固定部は弾性材、可動部は弾塑性材です。

ブートシール

boot_contact.avi
構造力学モジュールを使った3Dの接触解析です。傾いたシャフトによってブートシールが接触変形しています。

シートメタルフォーミング

spherical_punch.avi
構造力学モジュールを使ったシートメタルフォ−ミングのシミュレーションです。

マルチフィジックス接触

multiphysics_contact.avi
機械的接触による通電とジュール発熱、それに伴う熱膨張の過程を強連成計算しています。いわゆるマルチフィジックス接触の例です。

膀胱の動的応答

bladder1.avi
bladder2.avi
bladder3.avi
ヒトが咳き込んだとき膀胱がどのように運動するかをシミュレートしています。膀胱のほか骨盤や尾てい骨もモデル化しています。

大動脈血管の変形

ale_blood_vessel.avi
心筋とともにモデル化した大動脈血管が血流による変形を流体構造連成(FSI)で解いています。生体組織は超弾性体としています。

ステントの変形

stent.avi
ステントは血管形成術や血管に蓄積されたプラークを除去または圧縮する間冠状動脈を広げるための器具です。非線形解析でステントの変形挙動をシミュレートしています。

ロータ

rotor.mpeg
電気モータのロータ軸の固有振動数解析です。アニメーションはねじりモードを表示しています。色はねじり角度を表します。

熱弾性減衰

thermoelastic_damping.avi
MEMS共振子のように繰り返し応力が作用するケースでは熱弾性減衰が重要なファクタとなります。この例は実測値との比較のため簡単な形状で行ったひずみによる発熱を考慮した熱構造連成シミュレーションです。

積層圧電アクチュエータ

shear_beam.avi
構造体は中央部を硬いフォームコアおよびそれを上下ではさむアルミニウム層で形成され、フォームコアの一部は圧電セラミックスです。MEMSモジュールを用いた周波数応答解析です。

落下球体

falling_sphere.avi
微小球体が水中を落下して終端速度に到達している状態をシミュレートしています。流体流れは砂粒に作用する力のつりあいの常微分方程式とカップルした移動座標系でシミュレートされます。

流体バルブ

fluid_valve.avi
周期的なバルブの開閉に伴う流れ場の変化をシミュレートしています。移動境界ではなく大きな粘性係数をもつ領域でバルブをモデル化しています。

パラメトリックスタディ

parametric_study1.avi
移動メッシュ(ALE)で実装したジオメトリパラメトリックスタディです。このモデルでは回転です。

間隙流

pore_scale.avi
多孔質媒体の間隙の流れをナビエ−ストークスの方程式を解いてシミュレートしています。

マイクロチャネル

star_chip.avi
Star-Shapeのチャネルにおける流れを時間依存の圧力境界条件を与えてシミュレートしています。

Variably saturated flow

interpolation.avi
Variably saturated flowのモデルは圧力や飽和レベルによってセンシティブに変化する物性パラメータを扱うのが非常に難しいことで知られています。このモデルではリチャードの式(Richard's equation)で実装されたアプリケーションモードを使ってどのようにして実測値をシミュレーションモデルに適用するかを示しています。このアプリケーションにはファンゲニヒテン(Van Genuchten)やブルークス・コーレイ(Brooks-Corey)へのインタフェースも含まれています。

地盤の変位

poroelasticity.avi
地下水流動による地盤変位を多孔質弾性体モデルでシミュレートしています。 ダルシー流れと構造の連成です。シミュレーションの結果はテルツァーギ(Terzaghi)の圧密理論とよく一致しています。経過時間の単位は年です。

浮力ダルシー流れ

buoyancy_darcy_flow.avi
溶質の密度変化に伴う多孔質媒体内の浮力流れをシミュレートしています。溶質移動とダルシー流れの連成です。エルダー問題(Elder Problem)のベンチマークテストとして解いています。経過時間の単位は年です。

バイメタルバルブ

bimetal_valve.avi
これは移動メッシュ(ALE)を使用した流れを温度制御するバルブモデルです。バルブは熱膨張係数の違う2種類の金属(スチールとアルミニウム)層からできています。各種センサ等産業界での応用が多くあります。

ディスクブレーキ

disk_brake.gif
ディスクブレーキシステムのブレーキパッド下部からディスクへの熱移動はモデル化が難しいといわれています。主な原因はディスクの回転による熱移動のオーダーが拡散による伝熱のオーダーよりはるかに大きいことにあります。。

摩擦撹拌接合法

friction_stir_welding.gif
摩擦撹拌接合法とは高速回転するツールを移動させることによって接合する方法で、回転ツールと被溶接材との間で発生する摩擦熱により可塑化された材料がツールの回転によって混合し、ツールの移動によって後方に押し込まれることによって接合されます。

急速加熱法

thermal_annealing.avi
半導体プロセスの急速加熱法をモデル化したものです。ランプで10秒間加熱後輻射伝熱によってウエハが加熱される様子をシミュレートしています。

Hot-Wall RF加熱炉の温度分布

hot_wall_furnace.gif
RF加熱炉は電子デバイス製造のキーテクノロジーのエピタキシャル成長に使用されます。この単純なモデルではグラファイトサセプタを周波数20[kHz]、8[kW]でRF加熱し、約2300[K]まで温度が上昇しています。

容器内対流熱伝達

cold_water_temperature.avi
cold_water_velocity.avi
加熱された容器内部の水の対流熱伝達現象をシミュレートしています。熱と流れの連成です。

室内対流熱伝達

room.mpeg
ラジエータによって室内が暖められて室温が上昇する様子をシミュレートしています。

非ニュートン流れ

non-newtonian_vis.avi
non-newtonian_vel.avi
直鎖状ポリスチレン溶液のせん断速度依存の粘度の影響(shear-thinning)を調べています。ここではカロー(Carreau)の粘度モデルを使用しています。

電球内部ガス流れ

light_bulb.avi
アルゴン電球内部のガスの流れを弱圧縮性(温度・圧力依存の密度)流れアプリケーションモードでシミュレートしています。

攪拌槽内部の流れ

stirred_tank.gif
移動メッシュ(ALE)と流れで実装し攪拌槽内部の流れの計算です。化学工学モジュールの既定アプリケーションモード組み合わせRotating Navier-Stokesを使用しています。

マイクロビーム

micro_resistor_beam.avi
ジュール発熱によるマイクロビームの変形をシミュレートしています。導電と伝熱と構造の完全強連成です。

腫瘍の切除

tumor_ablation.avi
生体伝熱方程式を使用したシミュレーションです。がん組織は電気プローブで加熱されます。

超音波音源

supersonic_sound_source.avi
これは時間領域の波動方程式のサンプルモデルです。音圧の絶対値が結果として求まります。

PIDコントロール

fluid_flow_controlled_pid.avi
ODE(常微分方程式)カップリングを使用した化学プロセスにおける制御の一つのPIDコントロール(Proportional Integral Derivative control)のモデルです。2つの流入口から濃度の異なる単成分流が流入し内部で混合します。ここでは左側の低濃度流の流入速度が観測点で指定濃度に到達するように制御されます。

沈降分離

sedimentation.avi
2槽式沈殿池での排水からの汚染物質の沈降除去を化学工学モジュールのMixture Modelアプリケーションモードを使用してシミュレートしています。流れはk-ε乱流モデルを使っています。液固2相モデルによるシミュレーションです。

透析モデルの膜分離

dialysis.avi
化学工学モジュールを使用し透析による老廃物(クレアチニンなど)分離の過程を扱っています。モデルは血液相(左)と膜相(中央)・透析液相(右)の3相からなり、中空糸中の老廃物の移動と膜透過に着目します。選択的透過膜などのモデル化への応用も可能です。

乱流リアクタ

turbulent_reactor2d.avi
turbulent_reactor3d.avi
k-εモデルを使用したバッフルリアクタの流れ場モデルです。流れ場は定常状態で求めています。

界面動電バルブ

electrokinetic_valve.avi
印加電圧下のマイクロチャネル中の電気泳動による物質移動現象をシミュレートしています。

電気浸透流

electroosmotic_flow.avi
時間依存の電位によって生じる電気浸透流による物質攪拌をシミュレートしています。

低電圧電気浸透流ポンプ

electroosmotic_micropump.avi
電気浸透流(EOF)に基いたマイクロポンプはlab-on-a-chipデバイスのマイクロフルイディクスでは必須となっています。このモデルは北陸先端科学技術大学院大学の高村禅先生のご好意により作成されています。

気体溶解

bubbly_flow.avi
水中に二酸化炭素の気泡が流入し水へ溶解する過程をシミュレートしています。化学工学モジュールのBubbly FlowおよびConvection and Diffusionアプリケーションモードでモデル化しています。

マイクロフルイディクス表面反応

with_electricfield.avi
without_electricfield.avi
6つのフィジックスが連成したマイクロフルイディクスシミュレーションです。反応表面への結合速度は静電場による効率的な攪拌で増大します。電場がない場合と比較してみてください。

ドラッグターゲッティング

magnetic_drug.avi
ガン治療におけるドラッグターゲッティングのシミュレーションで、血流と外部磁場(スタティック)との連成です。このモデルはダニエル・シュトラウス博士(Institute for new Materials, Germany)から提供されました。

スタティックミキサ

static_mixer.avi
室温のスタティックミキサ内で化学種が水に溶解する様子をシミュレートしています。形状はチューブと交互に回転する三本のねじれた刃から構成されています。

銅めっき

copper_deposition1.avi
copper_deposition2.avi
化学工学モジュールを使用し電気化学反応プロセスに移動メッシュ(ALE)を組み合わせることで、電解質中の銅イオン濃度分布とともにデポジットする銅めっき層の成長をもシミュレートしています。

金属固化

metal_solidification.gif
COMSOL Multiphysicsモジュールを使用して溶融金属が低温の面で固化する様子をシミュレートしています。

化学蒸着(CVD)

GaAs_CVD_reactor.avi
化学工学モジュールとReaction Engineering Labの連携によるGaAsの2D化学蒸着(CVD)シミュレーションのサンプルです。

電磁場発生

electric_field.gif
magnetic_field.gif
永久磁石のついたロータが回転による電磁場発生のプロセスをシミュレートしています。

コニカルRFアンテナ

Cone_Antenna_2D.mpeg
円錐形のアンテナはその広帯域特性や比較的単純であるという特徴のため、多くのアプリケーションに対し有用です。これはアンテナインピーダンスや放射パターンを周波数依存の関数として求めています。

パッチアンテナ

patch_antenna_balanced.avi
完全3Dモデルでのパッチアンテナシミュレーションを行っています。結果から最適な周波数や放射パターン・アンテナインピーダンスが求められます。

マイクロ波焼成

microwave_sintering.avi
マイクロ波焼成ではマイクロ波の持つエネルギーを対象とする材料の誘電分極時の誘電損失によって熱エネルギーに変換し焼成が進行します。

電子レンジ

microwave_oven.gif
電子レンジで対象物(ポテト)が加熱される様子をシミュレートしています。ポテト中心部が一番高い温度を示しています。

第2次高調波

shg2d.avi
shg3d.avi
このモデルでは非線形材料物性を用いて第2次高調波を過渡波動シミュレーションとFFTで求めています。ガウスビームが非線形光学結晶に集光されるのでビームウエストは結晶中にあります。

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